2007年12月聯(lián)合國大會通過決議，從2008年起，將每年的4月2日定為“世界自閉癥關(guān)注日”，以提高人們對自閉癥和相關(guān)研究與診斷以及自閉癥患者的關(guān)注。自閉癥的概念1943年由美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)專家萊奧·坎納首次提出，自閉癥在醫(yī)學(xué)上也稱孤獨癥，是一個尚沒有被全社會知道、了解的病癥。

MECP2是神經(jīng)發(fā)育的重要基因。MECP2突變或倍增會導(dǎo)致嚴重的神經(jīng)發(fā)育障礙，如Rett綜合征（RTT）和孤獨癥譜系障礙（ASD）。

圖1. MeCP2在體內(nèi)的表達量就像一座天平，必須保持精妙的平衡，表達過多或過少，都會導(dǎo)致神經(jīng)突觸及神經(jīng)系統(tǒng)功能異常。

什么是Rett綜合征

Rett綜合征是一種嚴重影響兒童精神運動發(fā)育的疾病，發(fā)病率為1/10000～1/15000，主要發(fā)生在女孩身上。6個月到18個月內(nèi)開始出現(xiàn)癥狀，逐步喪失語言和行動能力，表現(xiàn)出運動失常、癲癇、呼吸系統(tǒng)障礙、自閉癥狀、手部刻板行為，患有這種疾病的大多數(shù)患者都會有多種嚴重的殘疾，并且一生都依賴他人的照顧。約96%的Rett綜合征病人MECP2基因發(fā)生突變。

MeCP2在細胞內(nèi)的功能

MeCP2蛋白屬于甲基化CpG島結(jié)合蛋白的一種(Methylated CpG binding Protein)，在細胞核內(nèi)（圖2），包括：轉(zhuǎn)錄阻遏物、microRNA處理器、RNA剪接調(diào)節(jié)器等。

MeCP2蛋白是一個轉(zhuǎn)錄抑制因子，具有募集組蛋白脫乙酰酶復(fù)合物的能力，還可以與核受體共阻遏物（NCoR）復(fù)合物直接相互作用。MeCP2蛋白第308位蘇氨酸的磷酸化是其與NCoR復(fù)合物結(jié)合的必要條件，帶有T308A突變的小鼠MeCP2蛋白無法正常磷酸化，從而表現(xiàn)出癲癇和重復(fù)行為癥狀。

SUMO化（類泛素化）對MeCP2在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能具有關(guān)鍵作用。在MeCP2蛋白的K223位點上的SUMO化對于其與HDAC1復(fù)合物的結(jié)合至關(guān)重要，進一步影響突觸功能。而MeCP2蛋白K412位點的SUMO化直接關(guān)系到MeCP2的DNA結(jié)合能力。Rett綜合征（RTT）相關(guān)突變顯著影響MeCP2的整體SUMO化水平，表明SUMO化對于MeCP2在腦中發(fā)揮正常的生理功能具有關(guān)鍵作用。

Mecp2 KO和Mecp2 TG小鼠與WT小鼠相比，Mecp2 KO小鼠中下調(diào)的基因更多，包括第一個被鑒定出來Mecp2基因的下游靶點——編碼腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的BDNF基因；而在Mecp2 TG小鼠中，有更多的基因表達上調(diào)。這表明，MeCP2蛋白可能通過轉(zhuǎn)錄機制上調(diào)基因表達。有研究表明MeCP2蛋白可以直接與DGCR8（DGCR8是細胞核內(nèi)microRNA處理復(fù)合物的關(guān)鍵組分）相互作用，然后通過蛋白第80位絲氨酸的鈣依賴性去磷酸化來抑制microRNA加工。MeCP2對microRNA加工的調(diào)控具有劑量效應(yīng)，因此神經(jīng)發(fā)育過程中microRNA的失調(diào)也可能導(dǎo)致RTT和ASD病理改變。

圖2. Multiple functions of the MeCP2 protein. MBD: methyl-CpG binding domain. TRD: transcriptional repression domain. CTD: C-terminal domain. Various post-translational modifications are indicated as different color circles.

MeCP2參與神經(jīng)發(fā)育合維持突觸內(nèi)穩(wěn)態(tài)的可塑性

海馬神經(jīng)發(fā)生

MeCP2是否參與神經(jīng)干細胞的發(fā)育一直是一個有趣的問題。體外研究表明，MeCP2對神經(jīng)干細胞的增殖和成熟至關(guān)重要。 對Mecp2磷酸化缺陷的S421A突變小鼠的研究顯示，盡管神經(jīng)祖細胞的增殖減少，但與野生型小鼠相比，Mecp2（S421A）突變使神經(jīng)元分化增加。 此外，Mecp2轉(zhuǎn)基因小鼠成體海馬中靜止狀態(tài)的神經(jīng)干細胞似乎是增加的，導(dǎo)致海馬分裂的神經(jīng)祖細胞減少。 重要的是，Mecp2的過表達導(dǎo)致海馬中小白蛋白（parvalbumin）陽性中間神經(jīng)元的發(fā)育被抑制，表明抑制性回路和海馬神經(jīng)發(fā)生與ASD發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

突觸內(nèi)穩(wěn)態(tài)可塑性

在Mecp2 KO和Mecp2 TG小鼠中，突觸可塑性包括長時程增強（LTP）和長期抑郁（LTD）受到影響。研究認為MeCP2的作用與穩(wěn)態(tài)可塑性相關(guān)，不過MeCP2影響LTP和LTD的機制仍然有待闡明。研究人員首先發(fā)現(xiàn)Mecp2的表達受神經(jīng)活動調(diào)控，MeCP2蛋白水平的升高繼而抑制了GluA2（編碼AMPA受體的關(guān)鍵基因）的表達。更重要的是，在Mecp2缺失的神經(jīng)元中，神經(jīng)元活動引發(fā)的向下突觸縮放受到影響，表明MeCP2在內(nèi)穩(wěn)態(tài)可塑性中的關(guān)鍵作用，而向下突出縮放與MeCP2的S421位的磷酸化密不可分。另一項研究表明，MeCP2對抑制神經(jīng)活動引起的向上縮放也很重要。有趣的是，黑暗飼養(yǎng)視覺剝奪實驗表明，在Mecp2 KO小鼠中，視覺系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)可塑性確實被破壞了。

GABA能回路

在大腦中，Mecp2在腦中的幾乎所有類型的細胞中都有表達，包括神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。 Mecp2缺失使谷氨酸能突觸的強度和數(shù)量減少；過表達Mecp2，谷氨酸能突觸的強度和數(shù)量就增加。 GABA能神經(jīng)元中特異性敲除Mecp2在小鼠中產(chǎn)生了明顯的表型，包括呼吸問題，壽命縮短，表明Mecp2在GABA能系統(tǒng)的成熟和功能中也發(fā)揮重要作用。 在小白蛋白陽性神經(jīng)元中特異性敲除Mecp2也會導(dǎo)致在關(guān)鍵時期突觸可塑性的缺失，表明Mecp2在神經(jīng)發(fā)育中對抑制性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成熟有不可或缺的作用。

組胺能回路

多巴胺能（Th-Cre）或5-羥色胺能神經(jīng)元（Pet1-Cre）中Mecp2的缺失導(dǎo)致小鼠生物胺的水平明顯降低，包括多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺，多巴胺能Mecp2 KO小鼠的運動能力受損，而5-羥色胺能Mecp2 KO小鼠的攻擊行為增加。 用Dlx5/6-Cre敲除紋狀體內(nèi)的Mecp2后，精神運動活動和運動技能學(xué)習(xí)也隨之受到影響；然而，紋狀體中的多巴胺水平以非細胞自主方式受到影響，這表明Mecp2對VTA紋狀體通路的正常功能至關(guān)重要。

膽堿能回路

Mecp2在膽堿能神經(jīng)元中的敲除會導(dǎo)致包括焦慮增加和社會偏好減少在內(nèi)的表型。 有趣的是，研究表明，基底前腦（BF）中的膽堿能神經(jīng)元引起了這些表型，并且膽堿能BF-海馬回路在Mecp2膽堿能特異性缺失后受到嚴重影響，提示海馬區(qū)中的膽堿能調(diào)節(jié)可能對Rett綜合征的病理發(fā)展有重要貢獻。

小鼠模型：Mecp2拯救RTT或ASD表型

神經(jīng)發(fā)育障礙的特征之一是在神經(jīng)發(fā)育過程中，神經(jīng)回路的布線會發(fā)生錯誤。一旦回路網(wǎng)絡(luò)建成，也就是成年后，似乎就不可能再挽救這個錯誤了。然而，這一“教條”在Mecp2 KO小鼠的案例中被推翻（2006年）（圖3）。

建立Mecp2^lox-Stop/y小鼠，在小鼠Mecp2基因中插入可被 Cre 剪切的 loxP-STOP-loxP 結(jié)構(gòu)。這種特殊的 Mecp2 KO 小鼠，隨后可與細胞類型特異性Cre或雌激素受體融合Cre（Cre-ER）交配，通過精確的時空控制來恢復(fù)Mecp2的表達。在將Mecp2^lox-Stop/y小鼠與廣泛啟動子驅(qū)動的Cre-ER小鼠雜交后，通過注射他莫昔芬，Mecp2^lox-Stop/y，Cre-ER小鼠中逐漸重新開始表達Mecp2，包括運動缺陷、海馬突觸可塑性受損和壽命縮短在內(nèi)的多種表型都神奇地得到了逆轉(zhuǎn)。

接下來，繼續(xù)通過將膠質(zhì)細胞特異性Cre小鼠（hGFAP-CreERT2）與Mecp2^lox-Stop/y小鼠交配來研究Mecp2在神經(jīng)膠質(zhì)細胞中的作用，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)細胞中Mecp2的重新表達能部分挽救運動障礙和呼吸困難。用膽堿能特異性Cre小鼠（Chat-ires-cre）在膽堿能神經(jīng)元中重新表達Mecp2，結(jié)果運動缺陷和焦慮問題得到緩解，但社交障礙以及小鼠體重和壽命的缺陷沒有得到顯著改善。

這項出色的工作開啟了一種挽救成年期神經(jīng)發(fā)育障礙缺陷的全新嘗試，同時也提出了一個有趣的假說，即神經(jīng)環(huán)路在大腦成熟后仍然可能保持驚人的可塑性。

圖3. Genetic strategy for rescuing defects in Mecp2 mutant mice and transgenic monkeys. A. Genetic rescue in Mecp2 KO mice. B. Genetic rescue in Mecp2 transgenic mice. C. Potential strategy applied for Mecp2 transgenic monkeys.

對Mecp2 TG小鼠進行基因拯救的策略也表現(xiàn)出可喜的結(jié)果。通過將Mecp2 TG小鼠與Mecp2^lox-Stop/y，Ubc-Cre-ERT2小鼠交配，在他莫昔芬處理后，MeCP2蛋白恢復(fù)至正常水平。 研究人員發(fā)現(xiàn)，成年小鼠（8-9周齡）MeCP2蛋白水平的恢復(fù)挽救了Mecp2 TG小鼠的社交障礙和焦慮行為，這表明自閉癥行為對于成人ASD患者也可能是可逆的。 對于ASD的另一強有力候選基因Shank3的類似嘗試也表明，Shank3基因在成年Shank3缺失小鼠中的基因恢復(fù)可以拯救社會缺陷和重復(fù)行為，表明自閉癥缺陷在成年期通過遺傳手段修復(fù)具有可行性。

附綜述原文：Qiu Z. Deciphering MECP2-associated disorders: disrupted circuits and the hope for repair. Curr Opin Neurobiol. 2018 Feb;48:30-36.

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